《三维编织复合材料抗侵彻性能——准静态侵彻性能实验研究及弹道冲击侵彻有限元计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三维编织复合材料抗侵彻性能——准静态侵彻性能实验研究及弹道冲击侵彻有限元计算（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东华大学硕士学位论文三维编织复合材料抗侵彻性能准静态侵彻性能实验研究及 弹道冲击侵彻有限元计算姓名：邹晓龙申请学位级别：硕士专业：纺织材料与纺织品设计指导教师：顾伯洪2001.12.1磺士研究生学位逢文摘耍接要 本文溅试三维编织复合耱辩漤辫态镘鬻性能，鼹溅三三缝缡织笈合秘糕准静 态侵彻宏观及细观破坏形态，分析在准静态侵彻作用下复合材料的破坏机理， 用有限元方法计算在弹道冲击侵彻下材料的破坏过程及侵彻功一位移曲线，并 专准静态谴镯静餐彻功一位移瑟线进行琵较，指国其中斡可毙性。为后续三维 编织复合材料弹道动态冲击性能研究和有限元计簿提供了基础。y - 本误趱礤究悫容：( 1 ) 织造婚步法三维编织
2、游纶编织物，以环氧树脂作为基体，制造三维 编织复合材料，熟悉并掌握三维编织预型件及其增强复合材料制造工艺； ( 2 ) 三维编织复会檬粒瀵静态侵麓测试。缮委不瓣淳度编织复合材瓣在 相同侵彻角、及相同厚度编织复合材料在不同侵彻角下的侵彻载衙一位移曲 线、侵彻功一位移趣线，出此分攒材料厚度和馒彻角对三维编织复合材料准静 态後彻健髓的影响； ( 3 ) 分析复合材料试件的宏观破坏形态和细观破坏形态，提出在猴静态 镘缨过程中糖秘戆玻爨投理：在侵锲正嚣，楗辩以势奶破坏为圭；在 蓦嬲背 丽，材料以拉伸破坏为主； ( 4 ) 用动态商限元对复合材料弹道冲击侵彻作模拟计算，得到在弹道冲击 役镄过程中材瓣在各跨
3、潺意的应力获态、皴环形态帮侵鬻功，逶遥；串击馁锈功 一位移曲线和准静态侵彻功一位移曲线的对比，说明可用准静态侵彻曲线的起 始阶段模拟冲击侵钫过稷。关键词：三维编织复合材料，准静态侵彻，弹道冲击侵彻，有限元方法A B S T R A C TT h eq u a s i s t a t i cp e n e t r a t i o n c o m p o s i t e sw a st e s t e do nM T Sp r o p e r t yo f3 - DT w a r 。n e p o x y a tt h ep e n e t r a t i o ns p e e do f1 0 0
4、 m m m i n B a s e do nt h eo b s e r v a t i o n so ft e s t e dc o m p o s i t ec o u p o n sb yp h o t o g r a p h sa n dS E M ，t h em a c r o a n dm i c r o f a i l u r em o d ea n d m e c h a n i s mu n d e rq u a s i s t a t i cp e n e t r a t i o n t h ec o m p a r i s o no fp e n e t r a t i
5、 o nw o r kv sa r ep o i n t e do u t F r o m d i s p l a c e m e n tc u r v e sb e t w e e nq u a s i s t a t i cP e n e t r a t i o ne x P e r l m e n ta n db a l l l s t l c1 m P a c t D e n e t r a t i o ns i m u l a t e db yF E M ，i ti sf e a s i b l et h a tt h eb a l l i s t i ci m p a c tD e
6、 n e t r a t i o nc o u l db es i m u l a t e db yq u a s i s t a t l cp e n e t r a t l o nt os o m ee x t e n t A 1 1t h e s e w o r k sa r ep r o v l d e dt h eb a s ef o rf u r t h e rr e s e a r c hi nb a l l i s t i ci m p a c tp r o p e r t ya n dF E Mc a l c u l a t i o no f3 一D b r a i d e
7、dc o m p o s i r e s T h em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s( 1 )M a n u f a c t u r i n qo f3 一Db r a i d e dc o m p o s i t ec o u p o n ：T w a r o n ” f i l a m e n t sw e r eu s e dt ow e a v eb r a i d e df a b r i c sa n de p o x yr e s i n sa sm a t r i x ( 2 )Q u
8、 a s i s t a t i cp e n e t r a t i o no f3 一Db r a i d e dc o m p o s i t e so nM T S ：t h ep e n e t r a t i o nf o r c ev s d i s p l a c e m e n tc u r v e sa n dp e n e t r a t i o n w o r kv s d i s p l a c e m e n tc u r v e su n d e rt h ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n tt h i c k n e
9、s s ，s a m ec o n ea n g l ea n dd i f f e r e n tc o n ea n g l e s ，s a m et h i c k n e s sw e r eo b t a i n e d F r o mt h e s ec u r v e s ，t h ei n f l u e n c eo ft h i c k n e s so fc o m P o s i t ec o u p o n ，c o n ea n 9 1 et ot h es h a p eo re x p e r i m e n t a lc u r v e sw e r ea
10、n a l Y z e da n ds o m em e c h a n i s ma r eu n c o v e r e d ( 3 )F r o mt h eo b s e r v a t i o no fm a c r o a n dm i c r o p h o t o g r a p h so tf a i l u r er e g i o n ，t h ef a i l u r em e c h a n i s m so f3 一Db r a i d e dc o m p o s i t e u n d e rq u a s i s t a t i cp e n e t r a
11、t i o na r et h a to fs h e a rf a i l u r ei nf r o n ts u r f a c ea n dt e n s i l ef a i l u r ei nb a c ks u r f a c em a i n l y ( 4 ) T h eb a l l i s t i ci m p a c tp e n e t r a t i o no f3 一Db r a i d e dc o m p o s i t e s w e ss i m u l a t e db yd y n a m i cF E M F r o mt h ec a l c u
12、 l a t e dr e s u l t s ，t h es t r e s ss t a t e 、f a i l u r es h a p ea n dp e n e t r a t i o nw o r ki ne a c ht i m es t e p c o u l db eo b t a i n e d A 1 s o ，f r o mt h ec o m p a r i s o no fe x p e r l m e n 七a 上 c u r v e sa n ds i m u l a t e dc u r v e s ，i ti sf e a s i b l et os i
13、m u l a t et h eb a l l i s t i ci m p a c tb yt h ef o r m e rp a r tq u a s i s t a t i cp e n e 七r a t l o n c o u r s et os o m ee x t e n t K e yW o r d s ： 3 一Db r a i d e dc o m p o s i t e s ，q u a s i s t a t i cp e n e t r a t i o n ，b a l l i s t i ci m p a c tp e n e t r a t i o n ，f i n
14、 i t ee l e m e n tm e t h o d硕士研究生学位论文第一章绪论第一章绪论第一节引言纤维增强复合材料的轻质高强特点使其在防护领域中得到广泛使用，在各 种速度弹体的冲击下复合材料基体开裂、纤维断裂、界面脱粘等多种破坏模式的 共同作用使单位质量复合材料对弹体动能吸收量远远大于金属材料。 平面层压复合材料在冲击载荷下易产生分层，虽然这也是复合材料吸收弹体 动能的一种方式，但由于层裂而吸收的弹体动能与纤维断裂及基体开裂比较起来 有较大差距，三维增强结构复合材料由此进入防弹应用领域。 三维增强结构复合材料结构的整体性和厚度方向的增强纤维增强了材料的 层间剪切强度，消除了冲击载荷下
15、的分层现象，而且弹体在侵彻复合材料时由于 侵彻方向纤维的存在使复合材料对弹体动能吸收有较大增加，两者共同作用使复 合材料在防止弹速较高时的冲塞破坏、中等弹速时的分层破坏方面有明显提高， 进而可以提高防护等级。三维增强结构复合材料有：多层接结织物增强、多层多 轴向经编织物增强、三维编织物增强等多种类型。本课题研究三维编织复合材料 侵彻性能。 编织工艺是人类发展历史上最早的纺织技术之一。编织技术与复合材料成形 技术的有机结合始于上世纪7 0 年代，在缠绕工艺的影响下，二维编织工艺被引 入复合材料领域。从此人们开始认识到，编织结构复合材料由于纤维与纤维之间 形成整体的结构，显示出其独特的整体性，在剪
16、切强度和抗冲击能力等性能方面 均优于层合复合材料。因此，研究开发编织结构复合材料日益引起人们的重视。 7 0 年代以来，由于编织机械相继问世，编织结构复合材料得到较快的发展。 三维编织技术是由二维编织技术发展而来，上世纪8 0 年代以后，为研究改 善复合材料的抗冲击损伤特性、脱层等问题，提出复合材料三维整体结构。这种 结构具有优良的抗冲击损伤、抗层间剪切性能，这些优良性能在以后的一系列实 验中得到证实，因而这种新的复合材料结构形式倍受重视，故三维整体编织技术 也随之迅速发展。第二节三维编织复合材料侵彻性能研究现状机织物弹道冲击性能研究始于1 9 7 5 年，J R V i n s o n 等分析织物在弹体冲 击下的圆锥形变形，得到弹体冲击织物过程中织物纱线的应力、弹体位移速度变 化规律，之后有许多工作在此领域内展开，主要研究工作是建立织物是建立弹道 冲击过程中的分析模型【2 , 3 , 4 】和基于变分原理的有限差分和有限元模型垆，6 ，7J ，对于 三维编织物弹道冲击性能目前尚无该方面的研究文献。 织物增强
